JPS5849696B2 - リユウタイシキロケツトスイシンソウチノ タ−ボポンプノ ジヨウカゲンカイテンスウセイギヨホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体燃料及び液体酸素で駆動されるロケット
駆動装置のターボポンプの上下限回転数制御法にして、
推進剤の供給ポンプを駆動するためのタービンに対して
適正温度の、燃料過剰又は酸素過剰の推進ガスを予燃焼
室内で発生する制御法に関する。

回転する機関部分を有する、エンヂン及びガスタービン
等の燃焼機関では、この機関の上下限回転数は遠心力調
整器によって調整される。

遠心力調整器はその限界回転数範囲で自動的に燃料匍脚
系に係合し、上限回転数では燃料の供給を制限し、下限
回転数では燃料の供給を増加するように制御する。

ガスタービン及び液体式ロケット推進装置において回転
する機素の限界回転数の制御様式の別のものは、次の様
に、即ち、推進剤供給ポンプによって生じる圧力が回転
数に比例し、該圧力が制御量として用いられ、限界回転
数に達した場合、この限界回転数に対応した圧力応答し
且つ制御計量体又はダイヤフラムを有する装置を介して
ポンプにより供給されるべき燃料又は推進剤を、ポンプ
バイパスを介して量制御することにより噴射ポンプに供
給制御する点にある。

更に、ガスタービン及びロケット推進装置の燃料及び推
進剤系では、温度制御装置を設け、該温度制御装置が、
タービンに作用する推進ガスの温度が最高温度を越える
か又は、燃焼室の火炎が失火する危険を生じる所定の最
低温度を下回った場合、燃料又は推進剤系に係合し、燃
料又は推進剤量を制御することも周知である。

本発明の課題は、推進剤供給ポンプを駆動するためター
ビン用の推進ガスを生じるための副流燃焼室を備えた副
流ロケット推進装置又は、推進剤供給ポンプを駆動する
ためタービンに作用する推進ガスを生じるため予燃焼室
を有する主流ロケット推進装置に於で、その構造及びそ
の機能に於で簡単でしかも安全に、推進ガスの温度変化
によりこの駆動用タービンの上下限回転数を制御する方
法を提供することを課題とする。

この課題は本発明により、ターボポンプの回転数が下限
に達すると、予燃焼室に供給される過剰推進剤の供給量
を僅かに減少するか、又は予燃焼室内の推進ガスに不足
推進剤を僅かに付加し、他方ターボポンプの回転数が上
限に達すると、予燃焼室に供給される不足推進剤の量を
僅かに減少するか、又は予燃焼室内の推進ガスに過剰推
進剤を偉かに付加して推進ガスの温度を変化することに
より解決する。

本発明の方法において、主流ロケット推進装置の予燃焼
室用過剰推進剤の供給導管又は副流ロケット推進装置の
副流燃焼室用過剰推進剤の供給導管に、過剰推進剤用ポ
ンプの圧力により作用を受ける操作ピストンと前記供給
導管に係合し、限界回転数範囲で予備絞りとして作用し
、この絞りの位置を固定する制御スベリ弁と、操作ピス
トンと制御スベリ弁とを上下限回転数に達するときのみ
正確に接続する連結装置とからなる制御装置を、下限回
転数に達すると、制御スベリ弁が供給導管の横断面積を
減少し、上限回転数に達すると制御スベリ弁が供給導管
を解放するように付設する。

本発明の別の方法では、主流ロケット推進装置の予燃焼
室用又は副流ロケット推進装置の副流燃焼室用の不足推
進剤の供給導管に、特に回転数依存形で作動する制御装
置を付設し、該制御装置を、遠心力調整器と、前記供給
導管に係合し且つ限界回転数間の回転数範囲で予備絞り
として作用し、これをこの位置で固定する制御スベリ弁
とから構成し、更に、上下限回転数でのみ遠心力調整器
と制御スベリ弁とを正確に接続する連結装置とを付設し
、下限回転数に達すると制御スベリ弁が供給分岐管を解
放し、上限回転数に達すると制御スベリ弁が供給分岐管
の横断面積を減少するようにする。

更に、本発明の枠内で、前述の両制御法をタービン推進
ガスの温度の作用の形で、一方では過剰推進剤の量制御
と、又他方ではロケット推進様式に対して用いられる不
足推進剤の量制御とを組合せることも可能である。

本発明による第３の方法によれば、主流ロケット推進装
置では予燃焼室に、副流ロケット推進装置では副流燃焼
室に通じ且つ３つの分岐管を有する過剰推進剤用供給導
管が予燃焼室又は副流燃焼室に開口し、第１の分岐管を
通じて、ターボポンプの全回転数範囲に亘って過剰推進
剤を予燃焼室又は副燃焼室に供給し、第２の分岐管を通
じて前述のターボポンプの全回転数範囲で下限回転数範
囲を除いて過剰推進剤を予燃焼室又は副燃焼室に供給し
、第３の分岐管を通じてターボポンプの上限回転数範囲
でのみ付加的に過剰推進剤を予燃焼室又は副燃焼室内に
供給する。

これを構成する際２個の分岐管に逆止弁を設け、その際
、一方の逆止弁が下限回転数範囲に対応したポンプ圧力
を下回った際閉ぢ、これ以外では開いているように一方
の分岐管内で制御され、更にその際もう一方の分岐管に
設けられた逆止弁が上限回転数に対応したポンプ圧力に
達すると制御される。

本発明の実施例を示した図面に従い次に説明する。

第１図に示した主流ロケット推進装置は、燃料又は酸素
の濃い推進ガス、特にこの実施例では水素成分の濃い推
進ガスを生じる予燃焼室１と、この推進ガスによって駆
動される高圧タービン２と低圧タービン３と推進剤供給
ポンプ４，５とからなるターボポンプとスラストノズル
９を備えた主燃焼室８とから構成さへその際ポンプ４は
高圧タービン２により中空軸６を介して駆動され、液体
水素を供給し、他方ボンプ５は中央軸７を介して低圧タ
ービン３によって，駆動され、液体酸素を供給する。

タンク１０には水素が、タンク１１には酸素が貯えられ
ている。

１２．１３でポンプ回路を示している。

主流ロケット推進装置によって使用される水素は水素供
給導管１４を介して予燃焼室１内に装入さへその際水素
は予め、スラストノズル９と主燃焼室８の壁を冷却的に
流通する。

主流ロケット推進装置によって使用される酸素は一部分
だけ予燃焼室内に供給される。

この部分量を、量分配器１５が規定し、量分配器には酸
素供給導管１６が通じ、量分配器から予燃焼室１に通じ
る酸素分岐管１６ａと主燃焼室８の噴射ヘッド８ａに通
じる酸素分岐管１６ｂが通じている。

水素供給導管１４は制御装置１７が付設されている。

制御装置１７はケース１８からなり、ケース内にはバネ
１９を介してつり下げられた操作ピストン２０が案内さ
れ、操作ピストン２０は一方ではポンプ供給圧力により
匍脚管２１を介して作用を受け操作される。

更に制御装置は、供給導管１４内に係合する制御スベリ
弁２２からなり、該制御スベリ弁２２は上下限回転数間
の回転数範囲で予備絞りとして作用し、この位置で引張
り及び圧縮バネ２３により固定され、該バネ２３は一方
では固定構造部分２４に、他方では制御スベリ弁２２に
固定されている。

更に、制御装置１７は操作ピストン２０と制御スベリ弁
２２を接続する連結装置２５．２６から構威されている
。

この連結装置の一方部分２５は両側にストッパー２５ａ
，２５ｂを備えたカムプッシュによって、もう一方の部
分２６は両ストッパー２５ａ ，２５ｂ間で自由に可動
な操作体によって形威されている。

２７で予燃焼室用始動装置を示している。

第１，Ｉａ，Ｉｂ図には制御装置１７の３つの作動相を
示している。

第１図は回転数範囲、即ち上下限回転数間範囲の回転数
の推進装置が作動している場合を示し、その際、上限回
転数用のストッパー２５ａと下限回転数用のストツパ２
５ｂとの間に操作体２６が位置している。

ターボ装置２，３及び４，５が上限回転数に達すると、
供給導管１４内の圧力、即ち制御導管２１内の圧力も上
昇する。

この場合、制御スベリ弁２２はストッパー２５ａにより
操作体２６を介して第１ａ図に示した位置に達し、供給
管１４を完全に自由にする。

これにより、予燃焼室内に瞬時的に生じる酸素量に対し
て、多い水素量が予燃焼室１内に供給され、従って推進
ガスの温度は強く低下される。

この相は、第４図のダイヤグラムで、ｍａｘとして示し
た右側の垂直線、即ち上限回転数を示した線として示し
ている。

水素曲線Ｈ２はここでは急傾斜線ＡｓＨとして示してい
る。

これに反し、ターボポンプ２，３及び４，５が下限回転
数を下回ると、制御導管２１内の圧力は低下する。

制御スベリ弁２２はストッパー２５ｂにより操作体２６
を介して第１ｂ図に示した位置に達し、更に供給導管１
４内に係合し、その横断面積を減少する。

これにより、予燃焼室１内に瞬間的に供給される酸素量
に対する水素量を少くして予燃焼室１内に供給し、従っ
て推進ガスの温度は急激に上昇する。

この相は第４図のダイヤグラムで、ｍｉｎとして示した
左側垂直線、即ち下限回転数を示す線として示している
。

水素曲線Ｈ２は急傾斜で下降する線ＡｆＨとして示され
ている。

第２．２ａ，２ｂ図では、ターボポンプ２，５の回転数
に応じて操作され、その制御スベリ弁１２２が予燃焼室
１に通じる酸素一分岐管１６ａ内に係合する制御装置１
１７を示している。

更に、匍脚装置１１７は遠心力調整器２８と操作体１２
６とからなり、該操作体１２６は引張り及び圧縮バネ１
２３を介してその通常位置に保持さへそのバネ１２３は
一方ではケース１１８に、他方では操作体１２６ｌご固
定されている。

操作体１２６は遠心力調整器２８の操作レバ一端２８ａ
と引張り部材２９を介して結合し、上下限回転数間では
これをゆるめ、その際匍脚スベｌＪ弁１２２が予備絞り
として作用し、酸素分岐管１６ａの横断面積を僅かに縮
少するようにバネ１２３が制御されている。

ピストン状に形成された操作体１２６は２つに分割され
、前方のピストン部分はころ軸受１２６ａを介して回転
可能である。

ターボポンプ２，３及び４，４が上限回転数に達すると
、遠心力調整器２８の遠心力は更に外方に移動し、その
操作レバ一端２８ａは操作体１２６を、及び即ち制御ス
ベリ弁１２２を右方に動かし、従って分岐管１６ａの横
断面積Ｒが少くなる。

従って僅かな酸素が予燃焼室１内に達し、従って又、推
進ガスの温度が低下する。

これは又、ターボポンプ２，３及び４，５の回転数を低
下させる。

この相は第５図でｍａｘで示した右側垂直線、即ち、上
限回転数を示す線として示している。

酸素曲線０２は急傾斜下降線ＡｆＯとして示している。

これに対し、ターボポンプ２，３及び４，５が下限回転
数に達すると、遠心力調整器の錘りは内方に動き、その
操作レバ一端２８ａは引張り部分２９を介して操作体１
２６を、及び即ち、制御スベり弁１２２を左方に連行し
、従って制御スベリ弁１２２は分岐管１６ａの流路横断
面を完全に自由にする。

従って多くの酸素が予燃焼室１に達し、従って又、推進
ガスの温度が急激に上昇する。

これは又タービン２，３及び４，５の回転数を上げるこ
とになる。

この相はｍｉｎで示して第５図の左垂直線、即ち下限回
転数を示す線として示している。

酸素曲線０２は急傾斜線ＡｓＯとなっている。第３図に
示す副流ロケット推進装置はスラストノズル９を有する
ロケット燃焼室３０と、副流燃焼室３１とタービン３２
と２個の推進供給ポンプ３３．３４とを有するターボポ
ンプとから構成されている。

ポンプ３３は導管３５を介してタンク３６から液体水素
を吸入し、これを供給導管３７を介してロケット燃焼室
の噴射ヘッド３０ａ内に、又他方では供給導管３８を介
して副流燃焼室３１内に吐出する。

ポンプ３４は導管３９を介してタンク４０から液体酸素
を吸入し、これを供給分岐管４１を介して噴射ヘッド３
０ａに、又分岐管４２を介して副流燃焼室３１内へと吐
出する。

この場合、副流燃焼室３１は水素の濃い状態で駆動され
、即ち、水素が過剰推進剤となっている。

限界回転数の制御する制御装置はこの場合、供給管３８
の分岐管内に装着された逆止弁からなり、即ち、分岐管
は副燃焼室３１の前方で供給導管を全体で３個の分岐管
３８ａ ，３８ｂ ，３８ｃで構或する。

両分岐管３８ａ ，３８ｃには逆止弁４３，４４が装着
されている。

副流推進装置３１内で生じる推進ガスは導管４５を介し
てタービン３２へ流れ、これを動かす。

４６でタービン３２の始動装置を示している。

第３図には運転中の推進装置を示している。

この場合ターボポンプ装置３２，３３．３４は限界回転
数間の回転数で所望の出力を生じるため回転し、この出
力は図示していない出力制御器により規定される。

この場合、分岐管３８ｂを介して所定の部分量水素が連
続的に、分岐管３８ｃを介して所定の別の部分量水素が
連続的に副燃焼室内に供給され、その際通常の回転数、
即ち限界回転数間範囲ではポンプ圧力は逆止弁４４を開
きつづけている。

これに対し、通常圧力は分岐管３８内の逆止弁４３を開
くのに充分でなく、即ち逆止弁４３はこの状態では閉ぢ
ている。

上限回転数を越えるのは第３ａ図に示している。

この場合、ポンプ圧力、即ち分岐管３８ａ内の圧力は逆
止弁４３を開く程大きいので、３個の分岐管全部は開か
れ、従って大量の水素が副流燃焼室３１内に流入し、推
進ガスの温度を低下させる。

このときタービン３２の回転数は再び通常の回転数に低
下する。

ターボポンプ３２，３３．３４が下限回転数に達すると
、供給管３８内の圧力は低下し、逆止弁４４が閉ぢ、従
って分岐管３８ｂを介して水素が副流燃焼室３１に達し
、従って推進ガスの温度と圧力と、更に回転数が上昇す
る。

上限回転数に応答する逆止弁４３は制御圧力（対圧）に
制御され、この圧力は最高回転数範囲のポンプ圧力に一
致する一方、下限回転数に応答する逆止弁４４は、下限
回転数範囲のポンプ圧力に一致する制御圧力（対圧）に
より制御される。

【図面の簡単な説明】

第１．１ａ，Ｉｂ図は限界回転数制御用のポンプ圧力に
応答する！Ｉ脚装置を備えた主流ロケット推進装置を示
し、第２．２ａ，２ｂ図は遠心力調整器によって操作さ
れる制御装置を示し、第３，３ａ，３ｂ図は制御装置と
して逆止弁を備えた副流推進装置を示し、第４図は過剰
推進剤の制御の推進剤ダイヤグラムを示し、第５図は限
界回転数を制御するための不足推進剤の制御の推進剤ダ
イヤグラムを示す。 １，３１・・・・・・ガス発生器、Ｈ２・・・・・・過
剰推進剤、０２・・・・・・不足推進剤。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液体燃料及び液体酸素で駆動されるロケット駆動装
   置のターボポンプの上下限回転数匍脚法にして、推進剤
   の供給ポンプを駆動するためのタービンに対して適正温
   度の、燃料過剰又は酸素過剰の推進ガスを予燃焼室内で
   発生する制御法において、ターボポンプの回転数が下限
   に達すると、予燃焼室（１乃至３１）に供給される過剰
   推進剤Ｈ２の供給量を僅かに減少するか、又は予燃焼室
   （１又は３１）内の推進ガスに不足推進剤０２を僅かに
   付加し、他方ターボポンプの回転数が上限に達すると、
   予燃焼室（１又は３１）に供給される不足推進剤０２の
   量を僅かに減少するか、又は予燃焼室（１又は３１）内
   の推進ガスに過剰燃料Ｈ２を僅かに付加するようにして
   推進ガスの温度を変化することを特徴とする制御法。